Termiske energisystemer i det nye folkebadet på Orkanger
Abstract
Orkdal folkehelsesenter kan kategoriseres som et prosessanlegg grunnet et høyt energiforbruk og kompliserte luft- og vannbehandlingssystemer. Størsteparten av energien går med til oppvarming av vann og romluft ved folkebadet. Disse systemene har samtidig høyt innhold av overskuddsvarme på grunn av høye temperaturer og høy grad av utskifting av vann og luft. Et hovedfokus for å sikre at dette senteret blir energieffektivt og klimavennlig er dermed å utvikle termiske systemer som både møter det høye energibehovet og samtidig utnytter den store tilgangen på overskuddsenergi. Energiforsyningssystemene består av to varmepumper med R744(CO$_2$) og R717(NH$_3$) som arbeidsmedium. Reserveløsningen vil være fjernvarme. Andre relevante systemer er ventilasjons- og avfuktingsaggregater som sørger for å opprettholde tilfredsstillende inneluftkvaliteter. Det blir drøftet hvordan alle disse systemene kan dimensjoneres for å fungere sammen, gi lavt energiforbruk og utnytte overskuddsenergi. I litteratursøket og teoridelen ble det funnet informasjon om andre svømmeanlegg med lignende mål for energieffektivisering.
Det ble funnet at mengden gråvann fra forurenset dusj, tappe- og bassengvann ikke var tilstrekkelig til bruk som energikilde i begge varmepumpene. Dermed benyttes også sjøvann fra Orkdalsfjorden som energikilde. R744-varmepumpesystemet skal varme opp dusj- og tappevann ved bruk av gråvann som energikilde, mens R717-varmepumpesystemet tar i bruk sjøvann for å varme opp bassengvann og romluft. I tillegg benyttes en varmeveksler som forvarmer bassengvann ved å overføre varme fra forurenset bassengvann til rent vann fra det kommunale vann-nettet(nettvann). Luftbehanlingssystemene leveres fra Dantherm både for fuktig og tørr sone. Det ble funnet at det trengs et tilleggssystem for å varme opp den fuktige lufta tilstrekkelig på dager med kaldere utetemperatur enn årsmiddeltemperaturen på 7 \degree C. For tørr sone ble det implementert en bypassløsning for å hindre frysning på varmeveksleren, samt et kuldebatteri for nedkjøling på varme dager.
Det ble funnet at det termiske systemet i folkebadet vil være energieffektivt sammenlignet med andre bassenger i Norge, med omkring 3000 kWh/år/\SI{}{\metre\squared} ved gjennomsnittsberegninger. Dette er lavt, sett i sammenheng med andre svømmehaller i Norge med energiverdier mellom 1000 og 11000 kWh/\SI{}{\metre\squared}ws i året. Dette er på tross av at folkebadet inneholder flere store og varme bassenger og har kompliserte vann- og luftsystemer. The health centre, with swimming hall in Orkdal fit in the category of process buildings due to the high energy use and complicated air- and water treatment systems. The main part of the energy is used for heating water and room air at the swimming hall. These systems will contain a high amount of excess heat due to high temperatures and circulation of contaminated air and water. A main focus to ensure a energy efficient and environmentally friendly center is developing thermal systems which meet the high energy need and makes use of the large excess energy. The energy systems consist of two heat pumps with R744(CO$_2$) and R717(NH$_3$) as working media. The backup solution is district heating. Other relevant systems are ventilation- and dehumidifying units that ensure satisfying indoor air quality. It will be discussed how these systems are dimensioned to work together, give a low energy demand and utilize the excess energy. In the literature review information about other swimming facilities are found with similar energy efficiency goals. Information about other swimming facilities with similar energy efficiency goals ere found in the literature review and theory.
It was found that the amount of grey water from showers, tap water and pools was too low to utilize as the only heat source for the heat pumps. Therefore sea water needs to be implemented. The R744 heat pump system will use grey water as heat source to heat tap water and shower water, while The R717 heat pump will use sea water as heat source and heat room air for both the dry and wet zone, and pool water. A heat exchanger to preheat pool water is implemented between the city water and grey water from the pools, to minimize the energy need and exergy loss in the pool heating system. The air treatment systems is delivered from Dantherm for both the wet and dry zone. It is found that on cold days, with out door temperature lower than the annual mean temperatur of 7 \degree C, there is a need of an extern heat source in the air treatment system in the wet zone. In the ventilation system in the dry zone an by pass solution is implementet to prevent freezing on the heat exchanger for cold days and a cooling battery for hot days.
The thermal energy need in the wet zone is found to be almost 3000 kWh/year/\SI{}{\metre\squared}ws, which is low regarding the overall energy need in Norwegian swimming pools with values between 1000 og 11000 kWh/\SI{}{\metre\squared}ws pr year. Especially considering that this is a big swimming hall with many different pool facilities and complicated technical systems.